Question

16．为了防治环境污染并对尾气进行综合利用，某硫酸厂用氨水吸收尾气中的SO₂，再向吸收液中加入浓硫酸，以回收高浓度的SO₂并得到副产品化肥（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄．为测定上述（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄固体混合物的组成，现称取该样品四份，分别加入相同浓度的NaOH溶液各40.00mL，加热至120℃左右，使氨气全部逸出[已知：（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的分解温度均高于200℃]，测得有关实验数据如下（标准状况）：

实验序号	样品的质量/g	NaOH溶液的体积/mL	氨气的体积/L
Ⅰ	7.4	40.00	1.68
Ⅱ	14.8	40.00	3.36
Ⅲ	22.2	40.00	1.12
Ⅳ	37.0	40.00	0

（1）测定过程中有关反应的离子方程式为H⁺+OH^-=H₂O、NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O．
（2）3.7g该样品进行同样实验时，生成的氨气在标准状况下体积为0.84L．
（3）试求算该混合物中（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的物质的量之比．
（4）欲计算该NaOH溶液的物质的量浓度应选择第Ⅲ组数据，并由此计算NaOH溶液的物质的量浓度，写出计算过程．

Answer 1

分析 （1）（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄固体混合物中加入氢氧化钠溶液，首先氢离子与氢氧化钠溶液发生中和反应，然后铵根离子与氢氧根离子加热反应生成氨气，据此写出反应的离子方程式；
（2）由数据Ⅰ和Ⅱ判断此时氢氧化钠过量，样品步骤，生成氨气的体积与样品的质量成正比，据此计算出3.7g样品生成氨气的体积；
（3）Ⅱ中样品完全反应，设出（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄的物质的量，然后根据氨气的物质的量、样品质量列式计算出二者的物质的量，再计算出二者的物质的量之比；
（4）根据Ⅲ组数据中进入22.2g样品只生成了1.12L氨气可知，此时氢氧化钠溶液不足，可以根据Ⅲ中数据计算出氢氧化钠溶液浓度；
先根据（3）计算出22.2g样品中含有的NH₄HSO₄物质的量，再根据反应的先后顺序H⁺+OH^-=H₂O，NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O计算出氢氧化钠的物质的量，最后根据c=$\frac{n}{V}$计算出氢氧化钠的物质的量浓度．

解答 解：（1）（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄固体混合物中加入氢氧化钠溶液后加热发生的反应有：氢离子与氢氧根离子反应生成水：H⁺+OH^-=H₂O、铵根离子与氢氧根离子在加热条件下反应生成氨气：NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O，
故答案为：H⁺+OH^-=H₂O、NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O；
（2）由Ⅰ和Ⅱ中的数据7.4 g：1.68 L=14.8 g：3.36 L可知：当样品质量≤14.8 g时，NaOH足量，即样品质量与氨气体积比为定值，则3.7g样品生成氨气的体积为：V（NH₃）=$\frac{3.7g}{7.4g}$×1.68 L=0.84 L，
故答案为：0.84；
（3）设 （NH₄）₂SO₄、NH₄HSO₄物质的量分别为x、y，则：①2x+y=$\frac{1.68L}{22.4L/mol}$=0.075mol，②132x+115y=7.4g，
根据①②联立解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.0125mol}\\{y=0.05mol}\end{array}\right.$，
所以：n[（NH₄）₂SO₄]：n[NH₄HSO₄]=0.0125mol：0.05mol=1：4，
故答案为：1：4；
（4）根据表中数据可知，当Ⅲ中进入22.2g样品时，比Ⅱ生成的氨气体积小，说明氢氧化钠已经不足，可以根据Ⅲ计算出氢氧化钠溶液的浓度；
根据（3）可知，22.2g样品中含NH₄HSO₄物质的量为：0.05mol×$\frac{22.2g}{7.4g}$=0.15mol，反应的先后顺序为：H⁺+OH^-→H₂O，NH₄⁺+OH^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O，
求得n（NaOH）=0.15mol+$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.2mol，
则氢氧化钠溶液的浓度为：c（NaOH）=$\frac{0.2mol}{0.04L}$=5mol/L，
故答案为：Ⅲ；22.2g样品中含NH₄HSO₄物质的量为：0.05mol×$\frac{22.2g}{7.4g}$=0.15mol，反应的先后顺序为：H⁺+OH^-→H₂O，NH₄⁺+OH^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O，
求得n（NaOH）=0.15mol+$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.2mol，
则氢氧化钠溶液的浓度为：c（NaOH）=$\frac{0.2mol}{0.04L}$=5mol/L．

点评 本题考查了有关混合物的计算，题目难度较大，正确分析表中数据不能够判断过量情况为解答关键，注意掌握常见物质之间的反应原理，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学计算能力．